DE102007006612A1 - Method for increasing the availability of a global navigation system - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Erhöhen der Verfügbarkeit eines globalen Navigationssystems beschrieben, welches mehrere Raumfahrzeuge (1, 2, ..., 11) umfasst, die zur Positionsbestimmung eines Endgeräts (20) jeweils Informationen an das Endgerät (20) übertragen. In einem ersten Schritt werden von einer Mehrzahl der Raumfahrzeuge (1, 2, ..., 11) jeweils Informationen an das Endgerät (20) übertragen. Anschließend wird aus der Mehrzahl der Raumfahrzeuge (1, 2, ..., 11) eine erste Teilmenge mit zumindest einem ersten Raumfahrzeug und eine zweite Teilmenge mit zweiten Raumfahrzeugen (1, 2, ..., 11) ermittelt, wobei die zweite Teilmenge der Raumfahrzeuge (1, 2, ..., 11) sich aus der Differenz zwischen der Mehrzahl der Raumfahrzeuge (1, 2, ..., 11) und der ersten Teilmenge der Raumfahrzeuge (1, 2, ..., 11) bestimmt. Ferner wird ausschließlich aus den von den zweiten Raumfahrzeugen (1, 2, ..., 11) übermittelten Informationen das Integritätsrisiko ermittelt, wobei die erste und die zweite Teilmenge der Raumfahrzeuge (1, 2, ..., 11) derart bestimmt werden, dass das Integritätsrisiko, welches aus den von den zweiten Raumfahrzeugen (1, 2, ..., 11) übermittelten Informationen ermittelt wird, gegenüber dem Integritätsrisiko, das aus den Informationen aller Raumfahrzeuge (1, 2, ..., 11) der Mehrzahl an Raumfahrzeugen (1, 2, ..., 11) bestimmt wurde, optimiert, insbesondere minimiert, ist.The invention relates to a method for increasing the availability of a global navigation system, which comprises a plurality of spacecraft (1, 2,..., 11) which respectively transmit information to the terminal (20) for determining the position of a terminal (20). In a first step, information from a plurality of spacecraft (1, 2, ..., 11) is transmitted to the terminal (20). Subsequently, from the plurality of spacecraft (1, 2, ..., 11), a first subset with at least a first spacecraft and a second subset with second spacecraft (1, 2, ..., 11) determined, wherein the second subset of the spacecraft (1, 2, ..., 11) is the difference between the plurality of spacecraft (1, 2, ..., 11) and the first subset of the spacecraft (1, 2, ..., 11) certainly. Furthermore, the integrity risk is determined exclusively from the information transmitted by the second spacecraft (1, 2, ..., 11), whereby the first and the second subset of the spacecraft (1, 2, ..., 11) are determined in such a way the integrity risk, which is ascertained from the information transmitted by the second spacecraft (1, 2,..., 11), compared with the integrity risk resulting from the information of all spacecraft (1, 2,..., 11) of the plurality on spacecraft (1, 2, ..., 11) has been optimized, in particular minimized, is.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen der Verfügbarkeit eines globalen Navigationssystems, welches mehrere Raumfahrzeuge umfasst, die zur Positionsbestimmung eines Endgeräts jeweils Informationen an das Endgerät übertragen. Die Erfindung betrifft ferner ein Endgerät zum Bestimmen einer Position unter Verwendung eines globalen Navigationssystems.The The invention relates to a method for increasing availability a global navigation system, which is several spacecraft includes, for determining the position of a terminal information respectively transmitted to the terminal. The invention further relates to a terminal for determining a position using a global navigation system.
In einem globalen Navigationssystem, das auf Satelliten basiert, erfordert die genaue Detektion einer spezifizierten Position in Bezug auf die Erde sowohl eine lokale als auch eine globale Integrität der von einer Mehrzahl an Satelliten an das Endgerät übertragenen Informationen. Integrität bedeutet auf der einen Seite die Fähigkeit des globalen Navigationssystems einen Nutzer, d. h. das Endgerät, innerhalb einer vorgegebenen Zeit zu warnen, wenn Teile des Systems für die vorgesehene Bestimmung nicht verwendet werden sollten. Auf der anderen Seite bedeutet Integrität ebenso das Vertrauen, das ein Nutzer in die Zuverlässigkeit der Informationen haben kann, die dieser von dem Navigationssystem erhält. Dies betrifft insbesondere die Genauigkeit der Informationen.In a global navigation system based on satellites the exact detection of a specified position with respect to the Earth has both a local and a global integrity of a plurality of satellites transmitted to the terminal information. integrity on the one hand means the ability of the global navigation system a user, d. H. the terminal, to warn within a given time if parts of the system for the intended provision should not be used. On the other Page means integrity Likewise, the trust that a user places in reliability the information can be from the navigation system receives. This especially concerns the accuracy of the information.
Warnungen sind beispielsweise notwendig, wenn einzelne Satelliten- oder Navigationssignale für die Positionsbestimmung Fehler aufweisen. Solche Fehler treten beispielsweise dann auf, wenn ein Navigationssignal eines Satelliten zur falschen Zeit erstellt wurde (sog. „clock or time correction error") oder an einem fehlerhaften Ort erstellt wurde (sog. „faulty satellite orbit"). Diese Fehler können Einfluss auf die tatsächliche Laufzeit eines Signals von dem Satelliten zu dem Endgerät haben und können daher einen starken Einfluss auf die Genauigkeit der Navigation ausüben.warnings are necessary, for example, if individual satellite or navigation signals for the Positioning error. Such errors occur, for example then on, when a navigation signal from a satellite to the wrong Time was created (so-called "clock or time correction error ") or was created at a faulty location (so-called "faulty satellite orbit "). These errors can Influence on the actual Have a signal from the satellite to the terminal and can therefore exert a strong influence on the accuracy of navigation.
Um einen Messfehler bei der Positionsbestimmung durch das Endgerät möglichst klein zu halten, werden bei dem bekannten globalen Navigationssystem Galileo die Informationen sämtlicher Satelliten, von denen das Endgerät Informationen erhält, verarbeitet. Diesem Vorgehen liegt die Annahme zugrunde, dass durch eine maximale Anzahl an Messungen, welche jeweils aus den von den jeweiligen Satelliten übertragenen Informationen vorgenommen werden können, sich ein Fehler bei der Positionsbestimmung minimieren lässt. Eine dabei existierende Nebenbedingung ist, dass maximal sechs der Satelliten kritische Satelliten sein dürfen. Ein kritischer Satellit ist definiert als ein Satellit, dessen Informationen zur Positionsbestimmung notwendig sind, um ein Integritätsrisiko unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes (sog. Tolerierbares oder alloziertes Integritätsrisiko) zu belassen. Aus diesem Grund weist das Endgerät eine Funktion auf, um die Anzahl der kritischen Satelliten in einer Endgerätgeometrie zu bestimmen. Endgerätgeometrie (auch: Nutzergeometrie) bedeutet die Berücksichtigung derjenigen Satelliten, deren Informationen für die Positionsbestimmung verwendet werden sollen.Around a measurement error in the position determination by the terminal as possible to be small in the well-known global navigation system Galileo the information of all Satellites, of which the terminal Receives information, processed. This approach is based on the assumption that by a maximum number of measurements, each of which from the transmitted to respective satellites Information can be made to be a mistake in the Minimize position determination. An existing constraint is that a maximum of six of the Satellites may be critical satellites. A critical satellite is defined as a satellite whose position information necessary to a integrity risk below a predetermined threshold value (so-called tolerable or allocated integrity risk) to leave. For this reason, the terminal has a function to increase the number of the critical satellite in a terminal geometry. terminal geometry (also: user geometry) means considering those satellites their information for the position determination should be used.
Aufgrund der in der Praxis hohen Anzahl an zu berücksichtigenden Satelliten (bei Galileo in der Regel 11) und der vorgegebenen Spezifikation von maximal sechs erlaubten kritischen Satelliten ergibt sich in der Praxis eine überproportional hohe Nicht-Verfügbarkeit dessen globalen Navigationssystems.by virtue of the in practice high number of satellites to be considered (at Galileo usually 11) and the given specification of maximum six allowed critical satellites results in practice a disproportionate high non-availability its global navigation system.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erhöhen der Verfügbarkeit eines globalen Navigationssystems anzugeben, welches mehrere Raumfahrzeuge umfasst, die zur Positionsbestimmung eines Endgeräts jeweils Informationen an das Endgerät übertragen. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Endgerät zum Bestimmen einer Position unter Verwendung eines globalen Navigationssystems anzugeben.It It is therefore an object of the present invention to provide a method for Increase the availability of a specify global navigation system, which is several spacecraft includes, for determining the position of a terminal respectively Transfer information to the terminal. It is a further object of the present invention to provide a terminal for determining a position using a global navigation system specify.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.These Tasks are solved by the features of the independent claims. advantageous embodiments find themselves in the dependent Claims.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erhöhen der Verfügbarkeit eines globalen Navigationssystems, welches mehrere Raumfahrzeuge umfasst, die zur Positionsbestimmung eines Endgerät jeweils Informationen an das Endgerät übertragen, werden von einer Mehrzahl der Raumfahrzeuge jeweils Informationen an das Endgerät übertragen. Aus der Mehrzahl der Raumfahrzeuge werden eine erste Teilmenge mit zumindest einem ersten Raumfahrzeug und eine zweite Teilmenge mit zweiten Raumfahrzeugen ermittelt. Die zweite Teilmenge der Raumfahrzeuge bestimmt sich aus der Differenz zwischen der Mehrzahl der Raumfahrzeuge und der ersten Teilmenge der Raumfahrzeuge. Es wird ausschließlich aus den von den zweiten Raumfahrzeugen übermittelten Informationen ein Integritätsrisiko ermittelt, wobei die erste und die zweite Teilmenge der Raumfahrzeuge derart bestimmt werden, dass das Integritätsrisiko, welches aus den, von den zweiten Raumfahrzeugen übermittelten, Informationen übermittelt wird, gegenüber dem Integritätsrisiko, das aus den Informationen aller Raumfahrzeuge der Mehrzahl an Raumfahrzeugen bestimmt wurde, optimiert ist.at a method according to the invention for Increase the availability a global navigation system comprising several spacecraft, for determining the position of a terminal in each case information transmit the terminal, Each of a plurality of spacecraft information transmitted to the terminal. Out The majority of spacecraft will be a first subset with at least a first spacecraft and a second subset of second spacecraft determined. The second subset of spacecraft is determined from the difference between the majority of spacecraft and the first subset of spacecraft. It is made exclusively the information transmitted by the second spacecraft determines an integrity risk, wherein the first and the second subset of the spacecraft such be determined that the integrity risk arising from the, transmitted by the second spacecraft, Information transmitted will, opposite the integrity risk, that from the information of all spacecraft of the majority of spacecraft was determined, is optimized.
Ein erfindungsgemäßes Endgerät zum Bestimmen einer Position unter Verwendung eines globalen Navigationssystems umfasst Mittel durch Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.One Inventive terminal for determining a position using a global navigation system includes funds through implementation the method according to the invention.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Genauigkeit zur Positionsbestimmung des Endgerätes nicht von der Anzahl der zur Verfügung stehenden Messungen abhängt, welche jeweils aus den von den jeweiligen Raumfahrzeugen übertragenen Informationen vornehmbar sind. Vielmehr lässt sich eine hohe Genauigkeit bei der Positionsbestimmung auch durch eine geringere Anzahl an Messungen bestimmen. Durch die Verwendung einer geringeren Anzahl an Raumfahrzeugen für eine Positionsbestimmung kann jedoch gleichzeitig die Verfügbarkeit des Navigationssystems erhöht werden. Dies erfolgt durch Optimierung des Integritätsrisikos.The invention is based on the knowledge that the accuracy for determining the position of the terminal is not dependent on the number of available measurements, which can be undertaken in each case from the information transmitted by the respective spacecraft. Rather, a high accuracy in determining the position can also be determined by a smaller number of measurements. By using a smaller number of spacecraft for a position determination, however, the availability of the navigation system can be increased simultaneously. This is done by optimizing the integrity risk.
Die Optimierung erfolgt dabei einerseits hinsichtlich der Unterschreitung eines vorgegebenen tolerierbaren Integritätsrisikos und/oder andererseits hinsichtlich der Anzahl der kritischen Raumfahrzeuge, insbesondere der Unterschreitung einer vorgegebenen maximalen Anzahl an kritischen Raumfahrzeugen. Erreicht werden kann die Optimierung hinsichtlich des Integritätsrisikos und/oder der Anzahl der kritischen Satelliten dadurch, dass solche Raumfahrzeuge aus der Berücksichtigung für eine Positionsbestimmung eliminiert werden, deren Informationen entweder in einem erhöhten Integritätsrisiko oder einer erhöhten Anzahl von kritischen Raumfahrzeugen resultiert. Aus der Mehrzahl der Raumfahrzeuge, von welchen das Endgerät jeweils Informationen empfängt, werden somit in einem Optimierungsverfahren Raumfahrzeuge einer ersten Teilmenge zugeschlagen, welche zur Positionsbestimmung nicht verwendet werden sollen, und einer zweiten Teilmenge, auf Basis deren Informationen die Positionsbestimmung letztlich erfolgen soll. Dabei werden ausschließlich die Informationen der zweiten Teilmenge an Raumfahrzeugen zur Positionsbestimmung des Endgeräts verwendet, während die Informationen der ersten Teilmenge an Raumfahrzeugen nicht zur Positionsbestimmung des Endgeräts verwendet werden.The Optimization takes place on the one hand with regard to the shortfall a given tolerable integrity risk and / or on the other hand the number of critical spacecraft, in particular the undershoot a predetermined maximum number of critical spacecraft. The optimization regarding the integrity risk can be achieved and / or the number of critical satellites in that such Spacecraft from consideration for one Positioning be eliminated, their information either in an elevated integrity risk or an elevated one Number of critical spacecraft results. From the majority the spacecraft from which the terminal each receives information are thus in an optimization method spacecraft a first Subset slammed, which does not use for position determination and a second subset, based on their information the position determination should ultimately take place. Only the Information of the second subset of spacecraft for position determination of the terminal used while the information of the first subset of spacecraft not to Position determination of the terminal be used.
Gemäß einer Ausführungsform werden die erste Teilmenge und die zweite Teilmenge an Raumfahrzeugen iterativ bestimmt, so dass das Integritätsrisiko, welches aus den, von den zweiten Raumfahrzeugen übermittelten Informationen ermittelt wird, gegenüber dem Integritätsrisiko, das aus den Informationen aller Raumfahrzeuge der Mehrzahl an Raumfahrzeugen bestimmt wurde, minimiert ist.According to one embodiment become the first subset and the second subset of spacecraft determined iteratively so that the integrity risk arising from the transmitted from the second spacecraft Information against the integrity risk, that from the information of all spacecraft of the majority of spacecraft was determined is minimized.
Zur Minimierung des Integritätsrisikos wird eine Anzahl an Raumfahrzeugen aus der Mehrzahl an Raumfahrzeugen der ersten Teilmenge zugeordnet und das Integritätsrisiko der in der zweiten Teilmenge verbleibenden zweiten Raumfahrzeuge ermittelt. Dieser Schritt wird für, insbesondere alle, möglichen Kombinationen einer ersten Teilmenge wiederholt. Die Anzahl an Raumfahrzeugen kann prinzipiell beliebig gewählt werden. Zweckmäßig ist es, die Iteration zunächst mit der Anzahl „1" durchzuführen. Sollte sich keine signifikante Redukti on des Integritätsrisikos ergeben, so kann die Iteration beispielsweise für eine Anzahl „2" wiederholt werden. Dieses Vorgehen kann beliebig erweitert werden. Diejenigen zweiten Raumfahrzeuge der zweiten Teilmenge, bei denen das Integritätsrisiko minimal ist, bilden für einen nächsten Iterationsschritt die Mehrzahl an Raumfahrzeugen. Die oben genannten Schritte werden wiederholt, bis ein minimales Integritätsrisiko erreicht ist. Durch die genannten Verfahrensschritte werden sukzessive diejenigen Raumfahrzeuge von einer Messung zur Bestimmung der Position des Endgeräts ausgeschlossen, welche zur größten Reduzierung des Integritätsrisikos beitragen.to Minimizing the integrity risk becomes a number of spacecraft of the plurality of spacecraft assigned to the first subset and the integrity risk of the second Subset determined remaining second spacecraft. This Step becomes, especially all, possible Combinations of a first subset repeated. The number of spacecraft can in principle be chosen arbitrarily become. Is appropriate it, the iteration first with the number "1." Should If there is no significant reduction in the integrity risk, it can the iteration for example a number of "2" be repeated. This procedure can be extended as desired. Those second Spacecraft of the second subset, where the integrity risk is minimal, make up for a next one Iteration step the majority of spacecraft. The above Steps are repeated until a minimum integrity risk is reached. By the mentioned method steps are successively those spacecraft from a measurement to determine the position of the terminal excluded, which is the largest reduction integrity risk contribute.
Dabei wird in einer weitern Ausführungsform überprüft, ob das Integritätsrisiko, das sich durch das sukzessive Entfernen von zumindest einem Raumfahrzeug ergibt, geringer als ein tolerierbares Integritätsrisiko ist. Ist dies der Fall, so ist die Verfügbarkeit des Navigationssystems gegeben.there is checked in a further embodiment, whether the Integrity risk, this is due to the successive removal of at least one spacecraft is less than a tolerable integrity risk. Is this the Case, so is the availability of the Navigation system given.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird für jedes der zweiten Raumfahrzeuge der zweiten Teilmenge überprüft, ob dieses ein kritisches Raumfahrzeug ist. Dabei ist eine Überprüfung vorgesehen, ob die Anzahl an kritischen Raumfahrzeugen größer als eine Anzahl an erlaubten kritischen Raumfahrzeugen ist. Ist dies der Fall, so wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung versucht, die Anzahl der kritischen Satelliten auf eine tolerierbare Anzahl zu reduzieren.According to one another embodiment is for each of the second spacecraft of the second subset verifies that this a critical spacecraft is. It is a check provided that the number on critical spacecraft greater than is a number of allowed critical spacecraft. Is this the case, so will according to a Another embodiment of the invention attempts to reduce the number of critical Reduce satellites to a tolerable number.
Zur Minimierung der Anzahl an kritischen Raumfahrzeugen wird ein unkritisches Raumfahrzeug aus der ermittelten, insbesondere optimalen, zweiten Teilmenge an Raumfahrzeugen der ersten Teilmenge zugeordnet. Dies bedeutet, das unkritische Raumfahrzeug wird zunächst von den Messungen exkludiert. Dann wird die Anzahl an kritischen Raumfahrzeugen innerhalb der verbleibenden zweiten Teilmenge bestimmt. Diese Schritte werden iterativ wiederholt, bis in der zweiten Teilmenge keine unkritischen Raumfahrzeuge mehr ermittelbar sind. Diesem Vorgehen liegt die Überlegung zugrunde, dass durch das weitere Entfernen eines unkritischen Raumfahrzeugs sich auch die Anzahl der kriti schen Raumfahrzeuge positiv verändern kann. Kann kein unkritisches Raumfahrzeug aus der zweiten Teilmenge mehr entfernt werden und ist nach der Überprüfung der Anzahl der kritischen Teilmenge eine Unterschreitung der vorgegebenen Anzahl an kritischen Raumfahrzeugen nicht erreicht, so findet die Optimierung an dieser Stelle ihr Ende.to Minimizing the number of critical spacecraft will be uncritical Spacecraft from the determined, in particular optimal, second Subset of spacecraft assigned to the first subset. This means the uncritical spacecraft is initially excluded from the measurements. Then the number of critical spacecraft within the remaining second subset determined. These steps will be repeated iteratively until in the second subset no uncritical Spacecraft are more determinable. This procedure is the consideration underlying that by further removing a non-critical spacecraft The number of critical spacecraft can also change positively. Can not uncritical spacecraft from the second subset more be removed and after checking the number of critical Subset is below the specified number of critical spacecraft not reached, then the optimization comes to an end here.
Die Minimierung der Anzahl an kritischen Raumfahrzeugen wird zweckmäßigerweise durchgeführt, wenn die Anzahl kritischer Raumfahrzeuge größer als eine maximal erlaubte Anzahl an kritischen Raumfahrzeugen ist.The Minimization of the number of critical spacecraft is expediently carried out, if the number of critical spacecraft is greater than a maximum allowed Number of critical spacecraft is.
Von der Erfindung ist ferner ein Computerprogrammprodukt umfasst, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft.From The invention further comprises a computer program product which loaded directly into the internal memory of a digital computer can be and includes software code sections that complete the steps of the method according to the invention are carried out, if the product is running on a computer.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it:
Gemäß dem der
Erfindung zugrunde liegenden Verfahren werden zur Positionsbestimmung nicht
die Informationen sämtlicher
der prinzipiell verfügbaren
Satelliten
Satelliten,
deren Informationen im weiteren Verlauf nicht zur Positionsbestimmung
des Endgeräts
In
einem ersten Schritt wird zunächst
ein Satellit der Gesamtanzahl an elf Satelliten der ersten Teilmenge
zugeschlagen. In der Darstellung der
Dieses
Vorgehen wird in entsprechender Weise wiederholt, wobei gemäß
Im
Rahmen des ersten Schritts wurde damit das Integritätsrisiko
für das
Entfernen eines Satelliten aller möglichen elf Kombinationen ermittelt.
Es wird im Beispiel davon ausgegangen, dass durch das Entfernen
des Satelliten
In
einem zweiten Iterationsschritt bildet die gemäß
In
einer dritten Iterationsschleife wird das beschriebene Vorgehen
abermals wiederholt. Im Ausführungsbeispiel
wird davon ausgegangen, dass durch das Entfernen des Satelliten
Im Ausführungsbeispiel werden drei Iterationsschritte der beschriebenen Art durchgeführt. In der Praxis können auch mehr oder weniger Iterationsschritte vorgenommen werden.in the embodiment Three iterations of the type described are performed. In the Practice can also more or less iteration steps are made.
Es
wird davon ausgegangen, dass das Integritätsrisiko, das durch die Nutzung
der Informationen der Satelliten
Im
Weiteren wird überprüft, ob die
Anzahl an kritischen Satelliten größer als eine vorgegebene, maximal
tolerierte Anzahl an kritischen Satelliten ist. Im Ausführungsbeispiel
wird angenommen, dass die Anzahl an maximal tolerierbaren kritischen
Satelliten sechs ist. Diese Zahl kann in der Praxis von dem gewählten Wert
abweichen. Wie aus
Es
wird deshalb im Weiteren überprüft, ob in der
zweiten Teilmenge auch unkritische Satelliten enthalten sind. Im
Ausführungsbeispiel
gemäß
In
der beschriebenen Weise wird nunmehr ebenfalls der unkritische Satellit
Durch das erfindungsgemäße Vorgehen hat sich dadurch die Verfügbarkeit des Navigationssystems in der Gesamtheit erhöht.By the procedure according to the invention This has the availability of the navigation system in the whole increased.
Durch eine gezielte Auswahl an verfügbaren Satelliten zur Positionsbestimmung eines Endgeräts lässt sich die Verfügbarkeit des globalen Navigationssystems auf einfache Weise verbessern.By a targeted selection of available satellites for determining the position of a terminal, the availability can be improve the global navigation system in a simple way.
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